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观察者模式基础概念

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是定义对象间的一种一对多依赖关系，使得当一个对象状态发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新。这种模式也被称为发布 - 订阅模式，其中被观察的对象称为主题（Subject），依赖的对象称为观察者（Observer）。

观察者模式的核心组件

1. 主题接口（Subject） - 定义主题的基本操作，如注册、移除观察者，以及通知观察者
2. 具体主题（ConcreteSubject） - 实现主题接口，维护观察者列表，状态变化时通知观察者
3. 观察者接口（Observer） - 定义观察者的更新方法
4. 具体观察者（ConcreteObserver） - 实现观察者接口，处理主题通知的更新

观察者模式的实现

下面通过一个天气站的例子展示观察者模式的实现：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 主题接口
interface Subject {void registerObserver(Observer observer);void removeObserver(Observer observer);void notifyObservers();
}// 观察者接口
interface Observer {void update(double temperature, double humidity, double pressure);
}// 具体主题 - 天气数据
class WeatherData implements Subject {private List<Observer> observers;private double temperature;private double humidity;private double pressure;public WeatherData() {observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(temperature, humidity, pressure);}}// 当天气数据更新时调用public void measurementsChanged() {notifyObservers();}// 设置新的天气数据public void setMeasurements(double temperature, double humidity, double pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;measurementsChanged();}
}// 具体观察者 - 温度显示
class TemperatureDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(double temperature, double humidity, double pressure) {System.out.printf("Temperature Display: %.1f°C%n", temperature);}
}// 具体观察者 - 湿度显示
class HumidityDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(double temperature, double humidity, double pressure) {System.out.printf("Humidity Display: %.1f%%%n", humidity);}
}// 具体观察者 - 气压显示
class PressureDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(double temperature, double humidity, double pressure) {System.out.printf("Pressure Display: %.1f hPa%n", pressure);}
}// 客户端代码
public class ObserverPatternClient {public static void main(String[] args) {// 创建主题WeatherData weatherData = new WeatherData();// 创建观察者Observer tempDisplay = new TemperatureDisplay();Observer humidityDisplay = new HumidityDisplay();Observer pressureDisplay = new PressureDisplay();// 注册观察者weatherData.registerObserver(tempDisplay);weatherData.registerObserver(humidityDisplay);weatherData.registerObserver(pressureDisplay);// 更新天气数据，触发通知System.out.println("First weather update:");weatherData.setMeasurements(25.5, 65.0, 1013.2);System.out.println("\nSecond weather update:");weatherData.setMeasurements(26.8, 60.2, 1014.5);// 移除一个观察者weatherData.removeObserver(humidityDisplay);System.out.println("\nThird weather update (after removing humidity display):");weatherData.setMeasurements(27.3, 58.7, 1012.9);}
}

Java 内置的观察者模式支持

Java 提供了内置的观察者模式实现，包括java.util.Observable类和java.util.Observer接口。不过，自 Java 9 起，这些类已被标记为过时，推荐使用自定义实现或第三方库（如 Guava）。

以下是使用 Java 内置支持的简化示例：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;// 具体主题（继承Observable类）
class WeatherData extends Observable {private double temperature;private double humidity;private double pressure;public void setMeasurements(double temperature, double humidity, double pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;setChanged();  // 标记状态已改变notifyObservers();  // 通知观察者}// 获取数据的方法（供观察者使用）public double getTemperature() {return temperature;}public double getHumidity() {return humidity;}public double getPressure() {return pressure;}
}// 具体观察者（实现Observer接口）
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(Observable o, Object arg) {if (o instanceof WeatherData) {WeatherData weatherData = (WeatherData) o;System.out.printf("Current conditions: %.1f°C, %.1f%% humidity%n",weatherData.getTemperature(), weatherData.getHumidity());}}
}

观察者模式的应用场景

1. 事件驱动系统 - 如 GUI 编程中的按钮点击事件
2. 消息队列系统 - 发布者发布消息，订阅者接收消息
3. 状态监控 - 监控系统状态变化并触发相应操作
4. 股票市场 - 股票价格变化时通知投资者
5. 多人游戏 - 游戏状态变化时通知所有玩家

观察者模式的优缺点

优点：

• 松耦合 - 主题和观察者之间的依赖关系最小化
• 支持广播通信 - 主题可以同时通知多个观察者
• 符合开闭原则 - 可以在不修改主题的情况下新增观察者
• 动态关联 - 可以在运行时动态注册和移除观察者
• 简化对象交互 - 避免对象之间显式的相互引用

缺点：

• 观察者通知顺序不确定 - 多个观察者的更新顺序可能影响系统行为
• 可能导致性能问题 - 大量观察者可能导致通知耗时增加
• 内存泄漏风险 - 如果观察者没有正确移除，可能导致内存泄漏
• 调试困难 - 观察者和主题之间的依赖关系可能使调试复杂化

使用观察者模式的注意事项

1. 考虑通知顺序 - 如果观察者的处理顺序重要，需要设计特定的通知机制
2. 避免循环依赖 - 确保主题和观察者之间不会形成循环引用
3. 考虑异步通知 - 对于耗时操作，考虑使用异步通知避免阻塞
4. 状态管理 - 主题应负责管理自身状态并控制通知时机
5. 错误处理 - 观察者的异常处理不应影响其他观察者
6. 内存管理 - 确保不再需要的观察者被正确移除

观察者模式是一种非常实用的设计模式，它通过定义对象间的一对多依赖关系，实现了对象间的松耦合通信。在实际开发中，观察者模式常用于事件处理系统、实时数据监控、消息传递等需要状态变化通知的场景。